化工原理试卷

第十三章：干燥一、本章学习目的通过本章的学习，应熟练掌握表示湿空气性质的参数，正确应用空气的H–I图确定空气的状态点及其性质参数；熟练应用物料衡算及热量衡算解决干燥过程中的计算问题；了解干燥过程的平衡关系和速率特征及干燥时间的计算；了解干燥器的类型及强化干燥操作的基本方法。二、本章思考题1、工业上常用的去湿方法有哪几种？2、对干燥设备的基本要求是什么？常用干燥设备有哪些？各有何特征？3、选择干燥器的主要依据是什么？4、干燥过程中干燥介质的作用是什么？5、表征湿空气的性质的参数有哪些？6、什么叫湿度和相对湿度？湿空气的相对湿度大，其湿度也大，这种说法对吗？为什么？7、测定干球温度和湿球温度的何作用？8、干球温度、湿球温度和露点三者有何区别？9、湿球温度和绝热饱和温度有何区别？测定湿球温度和绝热饱和温度时，若水的初温不同，对测定的结果是否有影响？为什么？10、湿度图上有哪些参数线？怎样利用这些线来确定湿空气的状态参数？11、当湿空气的总压变化时，湿空气H–I图上的各线将如何变化?在t、H相同的条件下，提高压力对干燥操作是否有利?为什么?12、作为干燥介质的湿空气为什么要先经预热后再送入干燥器？13、采用一定湿度的热空气干燥湿物料，被除去的水分是结合水还是非结合水？为什么？14、干燥过程分哪几种阶段？它们有什么特征？15、什么叫临界含水量和平衡含水量？16、干燥时间包括几个部分？怎样计算？17、干燥哪一类物料用部分废气循环？废气的作用是什么？18、影响干燥操作的主要因素是什么？调节、控制时应注意哪些问题？三、例题例题13-1：已知湿空气的总压为101.3kN/m2,相对湿度为50%，干球温度为20oC。试用I-H图求解：(a)水蒸汽分压p；(b)湿度Ｈ；(c)热焓Ｉ；(d)露点td；(e)湿球温度tw；(f)如将含500kg/h干空气的湿空气预热至117oC，求所需热量Ｑ。解：由已知条件：Ｐ＝101.3kN/m2，Ψ0＝50%，t0=20oC在I-H图上定出湿空气的状态点Ａ点。(a)水蒸汽分压p由Ａ点沿等Ｈ线向下交水蒸汽分压线于Ｂ，在图右边纵坐标上读出得p=1.2kN/m2。(b)湿度Ｈ由Ａ点沿等Ｈ线交水平辅助轴于Ｃ点，读得Ｈ＝0.0075kg水/kg干空气。(c)热焓Ｉ通过Ａ点作等Ｉ线的平行线，交纵轴于Ｅ点，读得Ｉ0＝39kj/kg干空气。(d)露点t由Ａ点沿等Ｈ线与Ψ＝100%饱和线相交于Ｄ点，由等t线读得t=10oC。(e)湿球温度tw由Ａ点沿等Ｉ线与Ψ=100%饱和线相交于Ｆ点，由等t线读得tw=14oC（即t=14oC)。(f)热量Ｑ因湿空气通过预热器加热其温度不变，所以可由Ａ点沿等Ｈ线向上与t1=117oC线相交于Ｇ点，读出Ｉ1138kj/kg干空气（即湿空气离开预热器之焓值）。含1kg干空气的湿空气通过预热器气所获得的热量为每小时含500kg干空气的湿空气通过预热所获得的热量为例题13-2：在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg，经干燥后物料的含水量由40%减至5%（均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度H1为0.009kg水•kg-1绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039kg水•kg-1绝干气，假定干燥过程中无物料损失，试求：（1）水分蒸发是qm,W（kg水•h-1）；（2）空气消耗qm,L（kg绝干气•h-1）；原湿空气消耗量qm,L’（kg原空气•h-1）；（3）干燥产品量qm,G2（kg•h-1）。解：qmG1=1000kg/h,w1=40℃,w2=5%H1=0.009,H2=0.039qmGC=qmG1(1-w1)=1000(1-0.4)=600kg/hx1=0.4/0.6=0.67,x2=5/95=0.053①qmw=qmGC(x1-x2)=600(0.67-0.053)=368.6kg/h②qmL(H2-H1)=qmw7.12286009.0039.06.368HHqq12mwmLqmL’=qmL(1+H1)=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/h③qmGC=qmG2(1-w2)∴h/6kg.63105.01600w1qq2mGCmG2例题13-3：湿物料含水量为42%，经干燥后为4%（均为湿基），产品产量为0.126kg/s，空气的干球温度为21℃，相对湿度40%，经预热器加热至93℃后再送入干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为60%，若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求：（1）在I—图H上画出空气状态变化过程的示意图；（2）设已查得H0=0.008kg水•kg-1绝干气，H2=0.03kg水•kg-1绝干气)，求绝干空气消耗量qm,L（kg绝干气•s-1）。预热器供应之热量pQ（kw）。解：w1=0.42,w2=0.04,qmG2=0.126kg/st0=21,φ0=0.4,t1=93,φ2=0.6,I1=I2H0=0.008,H2=0.03qmG2(1-w2)=qmG1(1-w1)∴209.042.0104.01126.0111221wwqqmGmG∴qmw=qmG1-qmG2=0.209-0.126=0.0826skgHHqqmwmL/752.3008.003.00826.012Qp=qmL(I1-I0)=qmL(1.01+1.88H1)(t1-t0)=3.752(1.01+1.88×0.008)(93-21)=301.2kg/s例题13-4：在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下：空气进入预热器的温度为15℃，湿含量为0.0073kg水•kg-1绝干气，焓为35kJ•kg-1绝干空气；空气进干燥器温度为90℃，焓为109kJ•kg-1绝干空气；空气出干燥器温度为50℃；湿含量为0.023kg水•kg-1绝干气；进干燥器物料含水量为0.15kg水•kg-1绝干料；出干燥器物料含水量为0.01kg水•kg-1绝干料；干燥器生产能力为237kg•h-1（按干燥产品计）。试求：1．绝干空气的消耗量（kg绝干气•h-1）；2．进预热器前风机的流量（3m•s-1）；3．预热器加入热量（KW）（预热器热损失可忽略）。附湿空气比容计算公式：V=(0.772+1.244H(t+273)/273×(1.0133×510)/P。解：t0=15℃,H0=0.0073,I0=35,t1=90℃,I1=109,t2=50℃,H2=0.023,x1=0.15,x2=0.01,qmG2=237kg/hH2=0.03φ2=0.6t0=21℃t1=93℃I1=I2φ0=0.6x2=w2/(1-w2),w2=x2/(1+x2)=0.01/1.01=0.01qmGc=qmG2(1-w2)=237(1-0.01)=234.6qmw=qmGc(x1-x2)=234.6(0.15-0.01)=32.8①qmL=qmw/(H2-H1)=32.8/(0.023-0.0073)=2089.2②qv=qmL•vH824.0273273150073.0244.1772.0273273244.1772.000tHHqv=2089.2×0.824＝1721.5m3/h③Qp=qmL(1.01+1.88H0)(t1-t0)=2089.2(1.01+1.88×0.0273)（90-15）＝160407例题13-5：在常压绝热干燥器内干燥某湿物料，湿物料的流量为600kg•h-1，从含水量20％干燥至2％（均为湿基含水量）。温度为20℃，湿度为0.013kg水•kg-1绝干气的新鲜空气经预热器升温至100℃后进入干燥器，空气出干燥器的温度为60℃。（1）完成上述任务需要多少kg绝干空气•h-1？（2）空气经预热器获得了多少热量？0.010.100.25X,kg水/kg绝干物料干燥速率，U（3）在恒定干燥条件下对该物料测得干燥速率曲线如图所示，已知恒速干燥段时间为1小时，求降速阶段所用的时间。解：、（1）qm,Gc=600(1-ω1)=480kg/hqm,W=qm,Gc(X1-X2)=480(0.25=0.0204)=110.2kg/hI1=(1.01+1.88H1)t1+2490H1=135.8因为等焓干燥I2=(1.01+1.88H2)t2+2490H2=I1H2＝0.02889qm,L=qm,W/(H2-H1)=6935kg干气/h（2）Qp=qm,L(I1-I0)=qm,L(1.01+1.88H0)(t1-t0)=573907kJ/h(3)恒速段降速段四、本章习题13-1：已知湿空气的总压为100kPa，温度为60℃，相对湿度为40%，试求：(1)湿空气中水汽的分压；(2)湿度；(3)湿空气的密度。[答：（1）7.97Pa；（2）0.05387kg/kg绝干气；（3）1.016kg/m3湿空气]13-2：空气的总压为101.33kPa，试求：（1）空气在40℃和Ψ＝65%时的焓和湿度；（2）已知湿空气水蒸气分压为7kPa,求该空气在50℃时的相对湿度Ψ和湿度H[答：（1）H＝0.0309水汽/kg干空气；I＝119.7kJ/kg干空气；（2）Ψ＝56.7%；H＝0.046kg水/kg干空气]25.01111＝－＝wwX0204.01222＝－＝wwX1)(1,1CGcmXXSUcq＝hXXXXcSUcXXcqGcm295.1**ln*)2,2（＝667.6,SUcqGcm13-3：空气在10℃和101.33kPa下，湿度为0.005kg水/kg干空气。试计算：（1）空气的相对湿度Ψ1（2）空气湿度提高到35℃时的相对湿度Ψ2（3）总压提高到114.6kPa，温度仍为35℃时的相对湿度Ψ3；（4）总压提高到1471kPa，温度仍显35℃，每100kg原来湿空气所冷凝出来的水分量。[答：（1）Ψ1＝66%；（2）Ψ2＝14.4%；（3）Ψ3＝16.3%；（4）0.298kg水]13-4：将t0=25℃、=50%的常压新鲜空气与循环废气混合，混合气加热至90℃后用于干燥某湿物料。废气的循环比为0.75，废气的状态为：t2=50℃、=80%。流量为1000kg/h的湿物料，经干燥后湿基含水量由0.2降至0.05。假设系统热损失可忽略，干燥操作为等焓干燥过程。试求（1）新鲜空气耗量；（2）进入干燥器时湿空气的温度和焓；（3）预热器的加热量[答：（1）2782kg新鲜空气/h,（2）t1=83.26℃,I1=224.1kJ/kg绝干气，（3）QP=132.8kW]13-5：某厂利用气流干燥器将含水20%的物料干燥到5%（均为湿基），已知每小时处理的原料量为1000kg，于40℃进入干燥器，假设物料在干燥器中的温度变化不大，空气的干球温度为20℃，湿球温度为16.5℃，空气经预热器预热后进入干燥器，出干燥器的空气干球温度为60℃，湿球温度为40℃，干燥器的热损失很小可略去不计，试求：（1）需要的空气量为多少m3•h-1？（以进预热器的状态计）（2）空气进干燥器的温度？0℃时水的汽化热2491.27kJ•kg-1，空气与水汽比热分别为1.01与1.88kJ•kg-1•K-1[答：（1）qmL’=4547.9（2）t1=148.4℃]13-6：将温度t0=26℃、焓I0=66kJ/kg绝干气的新鲜空气送入预热器，预热到t1＝95℃后进入连续逆流干燥器，空气离开干燥器的温度t2＝65℃。湿物料初态为：q1＝25℃、w1=0.015、G¢1=9200kg湿物料/h，终态为：q2＝34.5℃、w2=0.002。绝干物料比热容cs=1.84kJ/(kg绝干物料.℃)。若每汽化1kg水分的总热损失为580kJ，试求：(1)干燥产品量G2'；(2)作出干燥过程的操作线；(3)新鲜空气消耗量；（4）干燥器的热效率。[答：(1)9080kg/h，(2)略，(3)17403kg新鲜空气/h，(4)24.18%]13-7：用热空气干燥某湿物料。空气初始温度t0=20℃，初始湿度H0=0.006Kg水•kg-1干气。为保证干燥产品